由于低地球轨道和地球静止轨道的自然资源有限,空间碎片正成为当前和未来空间活动的威胁。照此速度,卫星发射数量的增加和空间碎片数量的增加将超过地球轨道的承载能力。因此,凯斯勒教授提出了一个理论,认为低地球轨道上的空间物体密度足以引发无法控制的连锁碰撞(Kessler & Cour-Palais,1978 年)。到目前为止,空间监视网络正在追踪 28,600 个碎片物体,估计大于 10 厘米的碎片物体数量为 34,000 个,1 厘米至 10 厘米之间的空间碎片物体数量为 900,000 个,大于 1 毫米至 1 厘米的空间碎片物体数量为 1.28 亿个(欧洲航天局,2021 年)。
小型卫星系统和发射数量的不断增长被认为在开展太空活动中发挥着至关重要的作用。这些太空活动的发展为空间系统的新颖和创造性使用开辟了新的机会,尤其是对于新进入者和来自新兴经济体的用户而言。小型卫星通常被发射到低地球轨道,相关任务扩大了进入太空的途径,同时比传统卫星任务所需的时间和金钱更少。本文是一项文献研究,根据联合国空间条约分析了小型卫星的情况。这套法律由五项条约组成,其中三项与小型卫星高度相关,即《外层空间条约》、《责任公约》和《登记公约》。尽管小型卫星与传统卫星有着根本的不同,但很明显,现行的空间法律制度对小型卫星作为“空间物体”的适用方式与对传统卫星的适用方式相同。因此,由于现行法律制度没有根据空间物体的尺寸对其进行区分,因此小型卫星的运营与其他空间活动的监管并无不同。
小型卫星以集群形式发射,这些集群称为星座,与单颗卫星相比,它们可以覆盖和连接更大的地球区域。2018 年发射了 328 颗小型卫星,是 2013 年至 2017 年每年平均发射数量的两倍,占当年发射的所有卫星的 69%。一些市场预测表明,到 2030 年,在轨小型卫星的数量将呈指数级增长。这一趋势主要归因于微电子技术的进步、开发和制造周期的缩短以及发射成本的降低。联邦和国际监管机构已经收到了未来五年向低地球轨道发射数千份商业小型卫星的申请。目前已有 1,300 多颗卫星在轨运行,包括载人国际空间站 (ISS),拥堵问题日益严重,可能造成轨道碎片、防撞以及指挥和控制所需的有限无线电频率分配等问题。
近年来卫星发射数量的快速增长以及未来十年计划发射的压力要求提高空间领域感知设施的效率。光学设施是全球空间领域感知能力的重要组成部分,但传统光学望远镜仅限于在相对较短的黄昏时期观测卫星。在这项工作中,我们探索将这个运行时间扩大到一整天,以大幅改善单个站点的观测机会。我们使用 Huntsman 望远镜探路者(一种主要使用自备组件制造的仪器)和佳能远摄镜头探索白天的空间领域感知观测。我们报告了 81 颗 Starlink 卫星的光度光变曲线,从太阳高度 20 度到中午不等。发现 Starlink 卫星特别明亮,亮度为 3 . 6 ± 0 . 05mag,σ = 0 . 6 ± 0 . 05mag(斯隆 r'),或比黄昏条件亮 ∼ 11 倍。与理论模型进行比较后,我们得出结论,这种令人惊讶的观测亮度是由于轨道卫星下方的地球反照所致。最后,我们讨论了亨茨曼望远镜探路者使用日间光变曲线探测卫星轨道方向变化的潜力。
发射市场的增长部分得益于发射成本的持续下降,这得益于私人资本和火箭可重复使用性,再加上卫星制造技术的进步,使得生产更便宜的卫星成为可能。1 商业航天公司的快速发展也降低了发射成本,降低了卫星公司的进入门槛,这反过来又创造了更多发射的需求并进一步降低了成本。从 1980 年到 2019 年,重型火箭发射到低地球轨道 (LEO) 的成本从每公斤 65,000 美元降至每公斤 1,500 美元,降幅超过 95%。与前七十年相比,这一大幅降低导致近年来卫星发射数量呈指数级增长。 1 展望未来,未来五到十年,在轨卫星数量可能会增加八倍,到 2032 年,预计全球在轨卫星数量将达到数万颗。2 到 2030 年,大多数计划中的卫星发射将集中在建立低地球轨道 (LEO) 通信星座,因为其可达性、成本效益高,且具有巨大的能力扩展和应用潜力。
2021 年之前的十年,卫星发射数量创下了历史新高。虽然在 1957 年 Sputnik 1 发射后,在轨卫星数量最初缓慢上升,但 2010 年有近 700 颗卫星被发射到太空,而 2020 年则有超过 1200 颗卫星被发射。这种指数级增长没有停止的迹象,并受到太空日益私有化和商业化的推动——“新太空”时代。几十年来,航天飞行主要是少数几个主要涉及科学和军事利益的国家机构的专利。然而,现在越来越多的公司和初创公司正在为民用市场争夺太空。应用范围广泛,涵盖从地球观测到广播、通信和导航等各个方面。太空已经转变为一个经济部门,现在拥有关键的基础设施。这在低地球轨道 (LEO) 尤为明显,低地球轨道是太空中高度可达 2000 公里的区域。到目前为止,已有约 7000 个人造物体被送入近地轨道,其中大部分仍在那里。太空运输带来了无数污染碎片。据估计,有 1 亿块太空垃圾绕着地球运行,大小在 1 到 10 毫米之间——这是一个日益严重的问题。